弧形钢闸门支臂受冲击荷载的非线性动力分析

来源：水利水运工程学报杂志 2025年第1期北京时间：

作者：董静,白宇航,裴多菲,张俊发

摘要：为研究水工弧形钢闸门在正常运行工况时支臂受冲击作用下的动力响应问题，预估闸门可能出现的破坏模式，以某水电站的弧形钢闸门为研究对象，采用非线性有限元方法模拟钢闸门在静水压力作用下，支臂受浮木冲击的过程，得到并分析弧形钢闸门支臂不同位置受冲击时的冲击力、位移及闸门整体的变形特征。结果表明，闸门破坏过程为受冲击的支臂或其斜杆首先发生面外失稳，随后靠近失稳支臂侧的闸门向铰支座方向移动，导致另一支臂承担的水压荷载瞬间增大而被压溃，最终导致闸门整体失稳破坏。随着浮木质量和冲击能量增加，受冲击位置受到的力和位移随之增大。当冲击能量较小时，即使支臂受冲击部位应力超过钢材屈服应力，闸门仍具有一定的稳定性；闸门支臂不同部位所能承受的最大冲击能量差异较大，冲击支臂近铰支座处位置易引起闸门结构失稳破坏；堰上水头越高，闸门支臂受冲击时越容易失稳。研究结果可为闸门受冲击时的安全性和闸门较易失稳构件的评判提供参考。

关键词：弧形钢闸门, 钢闸门支臂, 动力响应, 静水压力, 等效应力